Imagem real de buraco negro tem nova versão com campos magnéticos mapeados

Buracos negros supermassivos no centro das galáxias podem ser tranquilos ou muito ativos. Neste segundo caso, estão se alimentando constantemente de matéria próxima, e apresentam um comportamento misterioso — eles lançam jatos energéticos maiores que a própria galáxia. Para desvendar este fenômeno, nada melhor que observar a primeira e única foto real de um buraco negro, capturada pelo Event Horizon Telescope (EHT), e analisar os dados coletados para criar esta imagem.

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Essa foi a estratégia que equipe do EHT adotou para tentar descobrir como os jatos são criados, ou seja, como partículas de matéria podem se aproximar tanto do buraco negro e serem arremessadas para longe através dos jatos. A maior parte da matéria próxima cai no devorador galáctico, mas uma fração escapa momentos antes da captura e se transforma nos jatos relativísticos. Mas como isso é possível? Para responder à pergunta, os pesquisadores mediram a polarização da luz obtida durante a captura da imagem do buraco negro Messier 87* (M87*).

A imagem do M87*, revelada pelo EHT em 2019, mostra um anel difuso de matéria, que é o disco de acreção, ao redor de um centro escuro — a sombra do buraco negro, também conhecida como horizonte de eventos, a região de onde a luz não pode escapar e, por isso, nada podemos enxergar. O que a foto não revela são os campos magnéticos em torno do buraco negro, mas ao analisar os dados, coletados desde 2017, a equipe descobriu que uma parte significativa da luz ao redor do horizonte de eventos está polarizada.

Quando a luz passa por determinados filtros (como as lentes de óculos tridimensionais que utilizam o método de polarização) ou quando ela é emitida em regiões quentes do universo, onde os campos magnéticos estão presentes, ela se torna polarizada. Isso significa que as ondas de luz vibram apenas em uma determinada direção, enquanto a onda de luz não polarizada vibra para todas as direções. Ao determinar a polarização da luz emitida pelo disco quente que gira ao redor do buraco negro, os astrônomos podem mapear as linhas do campo magnético na região. O resultado são imagens como esta:

Essa imagem do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) revelou uma vista do jato no centro da galáxia, em luz polarizada. As linhas marcam a orientação da polarização, que está relacionada ao campo magnético existente nessa região. Em outras palavras, a imagem indica como é a estrutura do campo magnético do jato, uma espécie de mapa, que só foi possível graças à colaboração de 300 pesquisadores de várias partes do mundo. Para criar imagens como esta, foi necessário utilizara diversos telescópios de alta resolução unidos para criar um gigantesco telescópio virtual do tamanho da Terra.

Já a imagem abaixo é composta por diferentes “fotografias” da galáxia M87. A primeira delas, bem no topo, é uma imagem na luz visível capturada pelo telescópio Hubble, e mesmo nesse caso o jato relativístico é flagrado pelas lentes do instrumento. Abaixo, as três visões da região central da galáxia incluem a luz polarizada e a orientação da polarização, que está relacionada ao campo magnético dessas regiões.

Além de ser um trabalho pioneiro — é a primeira vez que astrônomos conseguem observar a polarização e a assinatura de campos magnéticos de pertinho da borda de um buraco negro —, a pesquisa ajuda a explicar como o M87*, localizado a 55 milhões de anos-luz de distância, consegue lançar os jatos de 6 mil anos-luz de comprimento. Os campos magnéticos são fortes o suficiente para direcionar as partículas que escaparam da força de atração do buraco negro, empurrando-as e ajudando-as a resistir à atração da gravidade.

Provavelmente isso não responda todas as perguntas sobre a formação dos jatos, mas as imagens de luz polarizada ajudarão muito os pesquisadores a estudar o papel dos campos magnéticos existentes perto do horizonte de eventos. Os resultados foram publicados em dois artigos separados no The Astrophysical Journal Letters pela colaboração EHT.

Fonte: ESO